輪對(duì)數(shù)控車床檢測裝置

目前，車輛輪對(duì)在鏇修前后的檢測主要是靠傳統(tǒng)的手工尺進(jìn)行檢測，然后將檢測的數(shù)據(jù)手動(dòng)輸入數(shù)控車床系統(tǒng)進(jìn)行車輛輪對(duì)鏇修，且數(shù)控車床的對(duì)刀需靠操作工手動(dòng)進(jìn)行，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)刀。由于傳統(tǒng)方式檢測方法落后，測量精度低，操作不夠便捷，不適應(yīng)現(xiàn)代化車輛輪對(duì)的加工及信息的管理與維護(hù)。為此，我們研制了一套與輪對(duì)數(shù)控車床配套的非接觸式檢測裝置。該裝置是集光學(xué)、精密機(jī)械、電控技術(shù)、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高技術(shù)精密檢測裝置。采用完全非接觸測量方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床在鏇修前后對(duì)車輛輪對(duì)的在線檢測，并將檢測數(shù)據(jù)經(jīng)工控機(jī)融合處理后傳遞給數(shù)控車床，以指導(dǎo)數(shù)控車床自動(dòng)對(duì)刀，自動(dòng)對(duì)車輛輪對(duì)的鏇修，保證車輛輪對(duì)機(jī)械加工的外形幾何尺寸及加工精度。

　　1、各需測參數(shù)分布

　　需要檢測的車輛輪對(duì)幾何尺寸參數(shù)及其分布如圖 1所示。輪緣高度Sh，輪餅直徑D，輪緣厚度Sd，輪輞寬W，輪輞內(nèi)側(cè)面到數(shù)控車床參考零點(diǎn)的距離Ri。重復(fù)測量的平均值誤差小于±0.1mm。

　　由于各車輛輪對(duì)的輪餅直徑尺寸大小不一，故確定測量方法尤為重要。根據(jù)對(duì)輪對(duì)的分析及輪對(duì)數(shù)控車床鏇修的特點(diǎn)，以選擇數(shù)控車床高精度頂尖頂緊輪對(duì)軸中心孔時(shí)作為檢測輪對(duì)的定位基準(zhǔn)，通過此基準(zhǔn)可以確定如圖1所示的理論中心軸線從而得到基于此理論中心軸線及數(shù)控車床參考零點(diǎn)的標(biāo)定值然后經(jīng)過將標(biāo)定值與各測量值進(jìn)行融合處理換算得到所需的車輛輪對(duì)幾何參數(shù)值。得到車輛輪對(duì)的幾何尺寸參數(shù)后，工控機(jī)與數(shù)控車床的PLC之間進(jìn)行串口通信，將數(shù)控車床鏇修輪對(duì)時(shí)所需的所有參數(shù)傳送給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)便可根據(jù)接收到的參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鏇修輪對(duì)。

　　2、系統(tǒng)的基本組成及測量控制方式

　　該檢測裝置主要包括測量與控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)等。基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　2.1 測量與控制系統(tǒng)

　　測量與控制系統(tǒng)是檢測裝置的核心部分，主要包括測位傳感器、測量操作控制面板。

　　測位傳感器包括激光傳感器、渦流傳感器及編碼器。激光傳感器采用檢測范圍為60~140mm，分辨率為0.01mm的PSD型位移傳感器；渦流傳感器采用工作可靠性好、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、非接觸測量、響應(yīng)速度快的電壓型位移傳感器；編碼器采用11位絕對(duì)式編碼器，提高對(duì)現(xiàn)場環(huán)境的抗干擾能力。另外，在安裝激光傳感器時(shí)為避免復(fù)雜的輪對(duì)外表面對(duì)測量的不良影響，讓激光傳感器傾斜一定角度，使其輪對(duì)反射面的反射角變小，盡量讓漫反射光進(jìn)入到接收器中，基本滿足接收傳感器對(duì)光通量的要求，這樣可以大大提高測量精度和可靠性。

　　控制系統(tǒng)主要由測量操作控制面板與 PLC 控制系統(tǒng)組成，采用兩者相結(jié)合的方式控制數(shù)控車床二維滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)各傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描，并將掃描的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。測量操作控制面板采用 AT89C51 單片機(jī)作為處理器，將各種操作信息通過 PCI 型 I/O 數(shù)據(jù)采集卡傳入工控機(jī)。工控機(jī)采用研華IPC-610機(jī)箱，PCA-600LV 主板。工控機(jī)的測量軟件對(duì)傳入的數(shù)據(jù)及控制信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果傳遞給數(shù)控車床 PLC，由 PLC 控制數(shù)控車床二維滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車輛輪對(duì)的檢測與自動(dòng)鏇修。

　　2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是檢測裝置的核心部分，主要包括模擬量的采集、數(shù)字量的采集、以及數(shù)字量控制信號(hào)的輸入輸出等。模擬量的采集采用 PCI 型250KS/s16位 A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集卡，用于對(duì)激光傳感器、渦流傳感器輸出信號(hào)的采集。激光傳感器、渦流傳感器輸出的模擬信號(hào)經(jīng)各自的放大器放大后直接輸入 A/D 數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入端口上，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡 A/D 轉(zhuǎn)換后從 PCI 總線輸入工控機(jī)。數(shù)字量的采集采用 PCI 型96路TTL數(shù)字量 I/O 數(shù)據(jù)采集卡，用于對(duì)編碼器輸出信號(hào)的采集，同時(shí)也用于控制信號(hào)的輸出。為了減輕工控機(jī)的工作負(fù)擔(dān)，每個(gè)編碼器的輸出都由一個(gè) AT89C51 單片機(jī)數(shù)據(jù)處理板對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，輸出數(shù)控車床的實(shí)時(shí)絕對(duì)位置，再由工控機(jī)通過I/O 數(shù)據(jù)采集卡從 PCI 總線讀入。